(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型シャフト炉で成形炭を乾留し、高炉用コークスを製造する方法において、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持して成形炭を乾留するとともに、３５０℃超〜５５０℃の炉頂ガスを冷却することなく、竪型シャフト炉に循環して吹き込むことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【請求項２】
前記成形炭を、炉内の最高温度が１０００〜１２００℃で乾留することを特徴とする請求項１に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項３】
前記成形炭が乾留帯に滞留する時間が１５０〜３６０分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉用コークスの製造方法。
【請求項４】
前記成形炭が、非微粘結炭の配合量が７０〜１００質量％の石炭を用いて製造したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉用コークスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、竪型シャフト炉を用いて、成形炭を乾留して、耐衝撃性に優れた高炉用コークスを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉用コークスの製造には、主として室炉式の製造方法が用いられているが、この製造方法には、（ａ）原料として良質な粘結炭が多量に必要であるという課題がある。そこで、良質な粘結炭を多量に必要としないコークスの製造方法として、成形コークスの製造方法が開発されている（例えば、特許文献１〜３、参照）。
【０００３】
特許文献１には、非微粘結炭を主体とする原料炭に、石炭タール、ピッチ、石油アスファルト等（バインダー）を配合して成形した成形炭を、竪型シャフト炉内で、加熱ガスを熱媒体として乾留する方法が開示されている。
【０００４】
しかし、この方法において製造した成形コークスは、高炉まで搬送する過程で受ける衝撃により、成形コークスが割れ易いという問題があった。また、成形コークスの製造に必要な熱量は、成形炭を直接加熱する方法であるにもかかわらず、間接加熱方式である室炉式コークスの製造に必要な熱量と同程度の約６２０Ｍcal／tonと多量の熱量が必要である。
【０００５】
そこで、特許文献２には、成形炭の乾留に必要な加熱ガスの温度を、従来の９００〜１１００℃から７００〜８００℃に下げるとともに、シャフト炉下部に空気を吹き込んで再加熱し、コークスの製造に必要なエネルギー（熱量）を低減する方法が開示されている。
【０００６】
しかし、この方法においても、製造した成形コークスが、高炉まで搬送する過程で受ける衝撃により、割れ易いという問題があった。
【０００７】
さらに、循環して使用する炉頂ガスから油分（タール、軽油等）を除去するため、炉頂ガスを約８０℃程度まで冷却し、その後、加熱して循環ガスとして使用するので、コークスの製造に必要なエネルギー（熱量）をあまり低減できないという課題があった。
【０００８】
特許文献３には、非微粘結炭を主体とする原料炭に、石炭タール、ピッチ、及び、石油系重質油の１種以上からなる粘結材を添加して加圧成形した成形炭を、竪型シャフト炉内で乾留する方法が開示されている。しかし、この方法においても、製造した成形コークスが、高炉まで搬送する過程で受ける衝撃により、割れ易いという問題があった。
【０００９】
このように、従来の竪型シャフト炉による成形コークスの製造においては、良質の粘結炭を多量に必要としないが、得られた成形コークスを高炉まで搬送する過程で、衝撃により成形コークスが割れ易いという問題があった。また、成形炭の乾留に多量のエネルギーを必要としていた。
【００１０】
それ故、搬送過程で割れ難い成形コークスの製造技術が求められている。また、エネルギー効率が高い成形コークスの製造技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭６０−０３８４３７号公報
【特許文献２】特開平０７−１８８６７０号公報
【特許文献３】特開平０７−２６８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記現状に鑑み、粘結性の乏しい又は粘結性のない劣質炭（主に、非微粘結炭）を多量に配合した原料炭に粘結材を配合して成形した成形炭を、竪型シャフト炉で乾留して、耐衝撃性に優れた高炉用コークスを製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意研究した。その結果、竪型シャフト炉の炉頂雰囲気温度を、従来の炉頂雰囲気温度（３５０℃）を超える温度に維持すると、耐衝撃性に優れたコークスを製造できることを見いだした。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次の通りである。
【００１５】
（１）竪型シャフト炉で成形炭を乾留し、高炉用コークスを製造する方法において、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持して成形炭を乾留するとともに、３５０℃超〜５５０℃の炉頂ガスを冷却することなく、竪型シャフト炉に循環して吹き込むことを特徴とする高炉用コークスの製造方法。
【００１６】
（２）前記成形炭を、炉内の最高温度が１０００〜１２００℃で乾留することを特徴とする前記（１）に記載の高炉用コークスの製造方法。
【００１７】
（３）前記成形炭が炉内に滞留する時間が１５０〜３６０分であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高炉用コークスの製造方法。
【００１８】
（４）前記成形炭が、非微粘結炭の配合量が７０〜１００質量％の石炭を用いて製造したものであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の高炉用コークスの製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、粘結性の乏しい又は粘結性のない劣質炭（主に、非微粘結炭）を多量に配合した原料炭を用いて成形した成形炭を、竪型シャフト炉で乾留して、耐衝撃性に優れた高炉用コークスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する竪型シャフト炉の一態様を示す図である。
【図２】従来の竪型シャフト炉の態様を示す図である。
【図３】竪型シャフト炉内の温度分布と炉内滞留時間を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を、図面に基づいて説明する。図１に、本発明を実施する竪型シャフト炉の一態様を示す。
【００２２】
成形炭装入装置１から炉頂部１０に装入された成形炭は、炉内を降下する間に、（a）低温ガス吹込口５から吹き込まれる低温ガスで予熱され、(b)乾留部２で、高温ガス吹込口６から吹き込まれる高温ガスで乾留され、次いで、(c)冷却部３で、冷却ガス吹込口１７から吹き込まれる常温の窒素ガスで冷却され、ガスシールされた排出口４から成形コークスとして排出される。
【００２３】
成形炭は、原料炭として、非微粘結炭が７０〜１００質量％配合された石炭を用いることができ、この原料炭に粘結材を配合して成形したものである。非微粘結炭は、粘結性の乏しい又は粘結性のない劣質炭である。具体的には、粘結力指数（ＣＩ）が８０％未満の石炭である。
【００２４】
粘結力指数（ＣＩ）とは、石炭利用技術用語辞典（社団法人燃料協会発行）ｐ．２５５に示されているように、石炭１ｇ（粒度０．２５ｍｍ以下）と粉コークス９ｇ（粒度０．２５〜０．３ｍｍ）を配合したものを、磁製るつぼを用いて、９００℃で７分間乾留してコークス化して得たコークスを０．４２ｍｍの篩にかけて、その篩上に留まったコークスの質量を百分率で表した値である。
【００２５】
粘結材としては、揮発分の含有量が高いソフトピッチ、タール、石油系ピッチ等を用いる。
【００２６】
高温ガス吹込口６から吹き込む高温ガスは、炉頂ガス排出口９から排出される炉頂ガス（生成ガス）の一部を、ガス燃焼器１２で燃焼させて製造する。炉頂ガス排出口９から排出される生成ガスの一部は、ガス加熱器１１で加熱され、ガス抜出口８から抜き出されるガスとともに、低温ガス吹込口５から、成形炭を予熱するため、炉内に吹き込まれる。
【００２７】
炉頂ガス排出口９から排出される生成ガスの一部は、ガス加熱器等で加熱されることなく、冷却ガス吹込口７から、炉内に吹き込まれる。
【００２８】
また、冷却用の常温の窒素ガスが、冷却ガス吹込口１７から、炉内に吹き込まれる。竪型シャフト炉の炉頂部１０の上部、乾留部２の上部、及び、冷却部３の上部には、それぞれ、温度計１３、温度計１４、及び、温度計１５が配置されていて、炉内温度が管理されている。
【００２９】
本発明においては、竪型シャフト炉で成形炭を乾留する際、炉頂雰囲気温度を、従来の炉頂雰囲気温度を超える３５０℃超〜５５０℃に維持して成形炭を乾留する。
【００３０】
即ち、本発明においては、図１に示す竪型シャフト炉において、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持し、乾留部２で成形炭を乾留し、かつ、炉頂ガス（生成ガス）を冷却せずに循環して使用する。本発明者らは、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持し、乾留部２で成形炭を乾留することにより、耐衝撃性に優れた成形コークスを製造できることを新たに見出したのである。
【００３１】
この点が、従来の竪型シャフト炉によるコークスの製造と、実質的に異なる点であり、本発明の特徴である。
【００３２】
即ち、従来、竪型シャフト炉で成形炭を乾留する場合、図２に示すように、循環して使用する３５０℃以下の炉頂ガス中のタール分を除去するため、炉頂ガスを冷却器１６で３０〜８０℃まで冷却して、タール分を除去し、タール分を除去した後のガスを、竪型シャフト炉に循環して使用していた。
【００３３】
これに対し、本発明では、図１に示すように、３５０℃超〜５５０℃の炉頂ガス（生成ガス）を冷却することなく、竪型シャフト炉に循環して吹き込むのである。この点も、従来の竪型シャフト炉によるコークスの製造と、実質的に異なる点である。
【００３４】
まず、本発明において、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に限定する理由について説明する。
【００３５】
炉頂雰囲気温度はコークス強度と密接に関係する。成形炭は、粘結性の乏しい又は粘結性のない劣質炭（主に、非微粘結炭）を主体とする原料炭に粘結材を配合して成形したものであるので、成形炭の加熱過程における粘結材の挙動は重要である。
【００３６】
原料炭に粘結材を配合して成形して得られた成形炭を、３５０℃超と、従来よりも高い温度で加熱すると、竪型シャフト炉内の乾留過程での成形コークスの破壊を防止できることを、本発明者らは新たに知見した。
【００３７】
この現象については、次のように考えられる。
【００３８】
成形炭を、３５０℃超と、従来よりも高い温度で加熱することにより、成形炭の表層の石炭が急速に軟化溶融して膨張し、石炭粒子同士が、従来よりも強固に固着する。この強固な固着により、成形炭の表層部に硬い外殻が形成される。硬い外殻を備えた成形炭は、竪型シャフト炉内で、成形炭が受ける荷重に耐えることができ、乾留過程での破壊が防止される。
【００３９】
また、成形炭を、３５０℃超と、従来よりも高い温度で加熱することにより、得られた成形コークスを高炉まで搬送する際に衝撃を受けても、成形コークスが破壊され難くなる（耐衝撃性に優れる）ことや、成形コークスの歩留が向上することを、本発明者らは、新たに知見した。
【００４０】
これは、成形炭を、３５０℃超と、従来よりも高い温度で加熱することにより、石炭の熱分解及びバインダーの揮発により生成するタールの一部が、成形炭の内部で二次分解し、成形コークスの炭素成分として析出したことによるものと考えられる。ちなみに、成形コークスの歩留とは、竪型シャフト炉に装入した成形炭の質量（乾量）に対して得られた成形コークスの質量（乾量）の割合と定義する。
【００４１】
一方、炉頂雰囲気温度が５５０℃を超えると、成形炭の表面側と内部で温度差が大きくなって、熱応力が発生し、成形炭の表層部から内部にかけて亀裂が発生する。そのため、成形コークスの強度が低下する。それ故、炉頂雰囲気温度の上限を５５０℃とする。
【００４２】
本発明においては、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持すればよい。但し、炉頂雰囲気温度の下限が高いほど、耐衝撃性の効果がより発現するので、３６０℃以上が好ましく、３８０℃以上がより好ましく、４００℃以上が、さらに、より好ましい。
【００４３】
一方、炉頂雰囲気温度の上限は、低いほど亀裂の発生を抑制できるので、５４０℃以下が好ましく、５２０℃以下がより好ましく、５００℃以下が、さらに、より好ましい。
【００４４】
成形炭を乾留する温度は、特に限定されないが、コークス強度を高めるためには、成形炭の最終到達温度を９００℃以上とすることが好ましく、１０００〜１２００℃が、さらに好ましい。
【００４５】
成形炭の最終到達温度を１０００〜１２００℃と高くするには、炉頂ガスの一部をガス燃焼器で燃焼させて、１０００〜１２００℃に昇温し、竪型シャフト炉の乾留部に吹き込むのが好ましい。
【００４６】
次に、本発明において、炉頂ガス（生成ガス）を冷却せずに循環して使用する理由について説明する。
【００４７】
本発明の炉頂ガス（生成ガス）は３５０℃超〜５５０℃であり、この炉頂ガスには、石炭の熱分解及びバインダーの揮発により生成するタールが含有されている。この炉頂ガス（生成ガス）を冷却しない場合、タールは、３５０℃超〜５５０℃では、液体及び気体の混合体の状態が維持される。
【００４８】
このため、タールを竪型シャフト炉に循環して供給することができ、これにより、供給されたタールが、竪型シャフト炉内で熱分解し、成形コークスの炭素成分として析出し、この析出により、上述と同様に、成形コークスの歩留向上や、耐衝撃性の向上の効果を促進させることができる。併せて、炉頂ガス（生成ガス）を冷却しないため、エネルギー効率も向上する。
【００４９】
ここで、図３に、高強度コークスが生成する竪型シャフト炉内の温度分布を例示的に示す。図３に基づいて、高強度コークスが生成する機構について説明する。
【００５０】
高温ガス吹込口（図１中「６」参照）から１０００〜１２００℃の生成ガスを吹き込み、炉頂雰囲気温度を３５０℃超〜５５０℃に維持すると、炉頂と高温乾留帯の間には、５５０〜７５０℃の低温乾留帯が存在することになる。
【００５１】
成形炭を、雰囲気温度が３５０℃超〜５５０℃の炉頂に装入すると、成形炭の表層は、３５０℃超〜５５０℃の雰囲気に曝されて、直ちに、雰囲気温度に達するが、成形炭の中心部においては、温度がゆっくり上昇するので、この間、成形炭の表層の石炭が軟化溶融して膨張し、石炭同士が強固に固着して、表層に硬い外殻が形成される。
【００５２】
即ち、成形炭の表層部を３５０℃超〜５５０℃の雰囲気温度で乾留することにより、成形炭の表層に硬い外殻が形成される。
【００５３】
また、成形炭を、雰囲気温度が３５０℃超〜５５０℃の炉頂に装入すると、石炭の熱分解及びバインダーの揮発により生成するタールの一部が、成形炭の内部で二次分解し、成形コークスの炭素成分として析出する。
【００５４】
このように、成形炭を、雰囲気温度が３５０℃超〜５５０℃の炉頂に装入することで、硬い外殻を備え、かつ、タールが熱分解して炭素成分として析出した状態となり、その後、熱履歴を受けながら、炉内を降下していく。
【００５５】
ここで、成形炭は、低温乾留帯で乾留されて軟化溶融するとともに膨張するが、この際、成形炭の表層に強固な外殻が存在するので、成形炭の乾留時に、内部の石炭が膨張しても、成形炭に亀裂が生成することはなく、また、シャフト炉内で上部から荷重を受けても、受ける荷重に耐えることができる。
【００５６】
成形炭は、高温乾留帯で、内部まで乾留されて、さらに膨張するが、外殻が強固であるので、やはり、成形炭の乾留時に、内部の石炭が膨張しても、成形炭に亀裂が生成することはなく、最終的に、耐衝撃性に優れたコークスを得ることができる。
【００５７】
成形コークスは、炉下部の冷却ガス吹込口（（図１中「１７」参照））から供給される常温の窒素ガスにより冷却され、その後、排出口から排出される。
【００５８】
成形炭の装入から、コークス排出までの炉内滞留時間の一例を、図３に併せて示す。なお、炉内における滞留時間は、本発明者が特開平７−１４５３８５号公報に記載した伝熱モデルによるシミュレーション計算を用いて推算した。
【００５９】
図３に示すように、成形炭は、雰囲気温度３５０℃超〜５５０℃の炉頂に装入された後、低温乾留帯に滞留する時間が一番長いことが解る。低温乾留帯において、成形炭の強固な外殻が形成されるので、この滞留時間も、高強度コークスの製造に貢献しているものと考えられる。
【００６０】
成形炭の低温乾留帯での滞留時間は、強固な外殻を形成する点で、９０〜１５０分が好ましい。高温乾留帯での滞留時間は、成形炭の最終到達温度が９００℃以上とするためには、６０〜２１０分程度が好ましい。
【００６１】
成形炭が乾留されて冷却帯に達するまでの時間、即ち、乾留帯（低温乾留帯＋高温乾留帯）での滞留時間は１５０〜３６０分が好ましい。
【００６２】
滞留時間が１５０分未満であると、成形炭の最終到達温度が９００℃未満となる場合があり、成形コークスの強度が充分に確保できない場合がある。一方、滞留時間が３６０分を超えると、熱源を非常に多く使用するため、エネルギー効率が低下する。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００６４】
（実施例）
表１に示す条件で成形炭（Ａ、Ｂ、Ｃ）を製造し、図１に示すフローの竪型シャフト炉を用いて、炉頂雰囲気温度を変えて乾留し、成形コークスを製造した。製造した成形コークスの歩留を測定した。
【００６５】
【表１】
0005691783.tif 000002
【００６６】
また、ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１で規定されているドラム試験機を用いて、成形コークス試料１０ｋｇを３０回転させた後に、網目２５ｍｍの篩で篩い分けし、篩上に残存した成形コークスの質量の比率（「２５ｍｍ以上比率」と記載する場合がある。）を測定した。
【００６７】
この試験は、ドラム試験機で成形コークスを３０回転させることにより、シャフト炉で製造した成形コークスを高炉まで搬送する過程で、成形コークスが受ける衝撃をシミュレートできることを、別途の検討で知見したことに基づいている。ここで、２５ｍｍ以上としたのは、高炉で使用するコークス粒度が２５ｍｍ以上であることによる。
【００６８】
さらに、コークスの強度の指標であるコークス強度ＤＩ15015も測定した。本発明におけるコークス強度の指標は、ＪＩＳ  Ｋ  ２１５１に規定されているドラム強度（ＤＩ15015）である。
【００６９】
ＤＩ15015は、粒度２５ｍｍ以上のコークス試料１０ｋｇをドラム試験機（直径、長さともに１５００ｍｍ、羽根４枚）に装入し、１５ｒｐｍで１５０回転させた後に、篩い目１５ｍｍの篩で篩い分けし、篩目上の試料の質量を求め、試験用のコークス試料に対する百分率をドラム強度として示したものである。
【００７０】
結果を、乾留条件とともに表２に示す。
【００７１】
【表２】
0005691783.tif 000003
【００７２】
実施例１〜１２の成形コークスは、２５ｍｍ以上比率や、コークス強度ＤＩ15015が、比較例を上回っていることが解る。
【００７３】
また、実施例１〜１２の成形コークス歩留は、炉頂雰囲気温度が低い比較例１〜３に比べて、全体的に高くなる傾向が見られた。
【００７４】
炉頂雰囲気温度が高い比較例４〜６は、成形コークス歩留は高くなるものの、亀裂が生成し易いため、２５ｍｍ以上比率や、コークス強度ＤＩ15015が低いことが解る。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
前述したように、本発明によれば、粘結性の乏しい又は粘結性のない劣質炭（非微粘結炭）を主体とする原料炭を用いて成形した成形炭を、竪型シャフト炉でエネルギー効率良く乾留して、高炉用コークスを製造することができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００７６】
１    成形炭装入装置
２    乾留部
３    冷却部
４    排出口
５    低温ガス吹込口
６    高温ガス吹込口
７    冷却ガス吹込口
８    昇温ガス抜出口
９    炉頂ガス排出口
１０    炉頂部
１１    ガス加熱器
１２    ガス燃焼器
１３、１４、１５    温度計
１６    冷却器
１７    冷却ガス吹込口
【図１】
0005691783.tif 000004
【図２】
0005691783.tif 000005
【図３】
0005691783.tif 000006